花生殼吸附水中Pb2+的吸附機理研究

彭小悅，代泳波，孫大能，郭 盛，羅云鷹

（1.常德市產商品質量監督檢驗所，湖南 常德 415200；2.國家生活用紙產品質量監督檢驗中心，湖南 常德 415200）

采用生物吸附法去除廢水中的重金屬離子，近年來以其新穎獨特的優勢引起了人們的廣泛關注[1-4]。我國是農業大國，棉花殼、花生殼、板栗殼等是常用的農副產品，其每年的廢物損耗約180萬噸[5]，造成了大量的浪費。為變廢為寶，考慮到綜合經濟效益，本文以花生殼作為吸附劑，探討其對溶液中的Pb2+的吸附機理。

1 實驗部分

1.1 原材料的制備

花生殼用蒸餾水清洗數次后放入烘箱中，65℃下烘干12h。待冷卻至室溫后粉碎，過1mm篩，裝入聚乙烯袋中于干燥器中密封保存以備使用。

1.2 實驗儀器

電熱恒溫干燥箱（GZX-DH500，上海躍進醫療器械廠）；pH計（pHS-3B，上海精科雷磁）；

電子秤（TP-220A，長沙高新開發區湘儀天平儀器設備有限公司）；

雙功能水浴恒溫振蕩器（SHY-2A，金壇市環保儀器廠）；

原子吸收分光光度計（VarianAA240FS，美國Varian Inc公司）；

1mm篩，容量瓶，錐形瓶，移液管，燒杯等。

1.3 鉛離子吸附實驗

1.3.1 重金屬溶液母液的配制

精確稱取6.3941gPb（NO3）2（AR）溶于蒸餾水中，定容至2L，配制成濃度為2000mg/L的母液，在后續實驗所用溶液均由母液稀釋所得。

1.3.2 初始Pb2+濃度對Pb2+吸附影響的實驗

稱取0.4g花生殼粉于離心管中，加入不同初始濃度Pb2+溶液（濃度范圍為20mg/L～180mg/L）并調節pH至5.0。于振蕩器中25±1℃，200r/min，振蕩吸附12h，提取上清液，待測。

1.3.3 吸附時間對Pb2+吸附影響的實驗

稱取0.4g花生殼粉于離心管中，加入100mg/LPb2+溶液并調節pH至5.0。于振蕩器中25±1℃，200r/min，振蕩吸附12h，提取上清液，待測。

1.3.4 測定及計算方法

（1）重金屬離子濃度的測定。

①鉛標準曲線溶液的配制：用0.2%的HNO3溶液逐級稀釋鉛標準使用液，配制5個標準工作溶液，其Pb2+濃度范圍為：0.0mg/L～10.0mg/L。②原子吸收分光光度計工作條件：空心陰極燈作光源，波長217.0nm，火焰氣體為空氣和乙炔的混合氣體，通帶寬度為均1.0nm。

（2）相關計算公式。具體公式見表1。

2 實驗結果與討論

2.1 花生殼對Pb2+吸附平衡

2.1.1 Langmuir吸附等溫線

用Langmuir吸附模式模擬不同初始濃度的吸附規律，結果見圖1。由線性擬合直線可得花生殼對Pb2+吸附的線性擬合趨勢線為y=0.037x+0.2916。計算出的Pb2+的理論最大吸附量為27.3973mg/g、常數b為0.1066L/mg。

圖1 Langmuir擬合花生殼對Pb2+的吸附等溫線

表1 相關計算公式匯總表

2.1.2 Freundlich模式下的吸附線性擬合

Freundlich吸附模式模擬不同初始濃度的吸附規律，結果見圖2。由線性擬合趨勢線可得花生殼對Pb2+吸附的Freundlich線性擬合直線方程為y=0.5936x+0.662。

圖2 Freundlich擬合花生殼對Pb2+的吸附等溫線

Freundlich方程線性擬合相關度系數為0.8052，這說明Freundlich吸附模式對實驗數據的線性擬合效果一般，按照公式所作的直線擬合得出的Kf為3.74、n為1.6846。

綜上所述，在實驗條件下，花生殼對重金屬Pb2+的吸附用兩種吸附模式進行線性擬合后，Langmuir線性擬合相對要理想些。這說明了花生殼吸附重金屬鉛離子是主要受單層吸附的影響，符合Langmuir吸附模式。

2.2 吸附動力學模式

由圖3可知，擬合得出的Pb2+吸附的二級動力學方程為y=0.0545x+0.0137，R2為0.9998，這說明在實驗條件下，花生殼對重金屬Pb2+的吸附過程能通過二級動力學方程能很好的描述。按照公式相關反應常數見表2。所求出的qeq值與實驗數據非常接近，進一步說明了花生殼金屬Pb2+的過程符合二級動力學反應，吸附反應主要由物理反應過程控制。

圖3 花生殼對Pb2+吸附的動力學方程擬合

表2 二級動力學方程擬合花生殼吸附的各項系數

3 結論

Langmuir模型對吸附的擬合優于Freundlich模型。用Langmuir等溫吸附方程求理論最大吸附量，花生殼對Pb2+的理論最大吸附量為27.3973mg/g，說明花生殼是較理想的吸附溶液中Pb2+的吸附劑材料。

花生殼對溶液中重金屬離子Pb2+的吸附是一個快速的過程，其單位吸附量在1/3h之內就達到了總吸附量的75%，在0.5h內就基本達到了平衡狀態。用二級動力學方程對吸附過程進行擬合，R2在0.999以上，說明吸附過程主要以物理反應為主。